АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТКАНИ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ ОРИГИНАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОТКЛОНЕНИЯ И ФОКУСИРОВКИ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА Российский патент 2023 года по МПК A61F9/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области хирургических операций, осуществляемых при помощи фемтосекундного лазера, и, в частности, к области офтальмологической хирургии, в частности, с целью применения для разрезания роговиц или хрусталиков.

Изобретение относится к устройству разрезания человеческой или животной ткани, такой как роговица или хрусталик, при помощи фемтосекундного лазера.

Под фемтосекундным лазером следует понимать световой источник, выполненный с возможностью излучать лазерный пучок в виде ультракоротких импульсов, продолжительность которых составляет от 1 фемтосекунды до 100 пикосекунд, предпочтительно от 1 до 1000 фемтосекунд, в частности, порядка сотни фемтосекунд.

Уровень техники

Фемтосекундные лазеры широко используются в хирургии для разрезания роговицы или хрусталика. Они производят ультракороткие импульсы большой мощности.

В ходе хирургии роговицы фемтосекундный лазер можно использовать для разрезания роговичной ткани, фокусируя лазерный пучок в строме роговицы. В частности, при каждом импульсе фемтосекундный лазер генерирует пучок. Этот пучок фокусируют (в так называемой точке «фокусировки») в роговице. В точке фокусировки образуется газовый пузырек, строго локально разрушающий окружающую ткань. Часть энергии пучка расходуется во время генерирования газового пузырька. Остальная часть энергии пучка распространяется до сетчатки, что приводит к локальному нагреву сетчатки.

Для формирования линии разрезания в роговице генерируют последовательность смежных газовых пузырьков, перемещая пучок. Для перемещения пучка используют сканер 1. Этот сканер 1, как правило, состоит из управляемых гальванометрических зеркал и/или площадок, обеспечивающих перемещение оптических элементов, таких как зеркала.

Как показано на фиг. 1, при каждом импульсе выходящий из фемтосекундного лазера пучок:

- входит в сканер 1,

- проходит через фокусирующий узел 2,

- фокусируется в точке фокусировки в роговице 3 для образования газового пузырька, затем

- расходится в направлении сетчатки 4 пациента.

Это расхождение пучка приводит к нагреву сетчатки 4.

Чтобы уменьшить риски поражения сетчатки 4 во время воздействия на нее пучка, генерируемого фемтосекундным лазером, для глаза пациента рассчитывают предельные интенсивности излучения (или “irradiances”) в зависимости от времени. В документе под названием “ICNIRP Guidelines on limits of exposure to LASER radiation of wavelengths 180nm AND 1,000 mm”, представленном в рамках “International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection”, описаны такие предельные интенсивности излучения в зависимости от длины (или длин) волны (волн) излучения лазера и от продолжительности воздействия пучка, генерируемого фемтосекундным лазером (см., в частности, таблицы 5 и 6 этого документа).

Например, на фиг. 2 показана кривая 5 предельных значений облучения излучением (выраженных в Джоулях/см²).

Во время использования фемтосекундного лазера при лечении глазной патологии необходимо, чтобы энергетическое воздействие на сетчатку (для заданного времени воздействия на сетчатку) было меньше предельного облучения, определенного кривой, показанной на фиг. 2. Это позволяет гарантировать целостность сетчатки во время использования фемтосекундного лазера при лечении глазной патологии.

Для разрезания роговицы на площади 1 мм² необходимо произвести около 20000 очень близких друг к другу ударных воздействий. Эти воздействия осуществляют одно за другим со средней скоростью 300000 ударов в секунду. Для разрезания роговицы на площади около 65 мм², учитывая промежутки времени, в течение которых лазер прекращает генерировать импульсы в конце сегмента, чтобы можно было позиционировать зеркала на следующем сегменте, в среднем необходимо 15 секунд. Таким образом, хирургическая операция разрезания является медленной.

Чтобы оптимизировать время разрезания, как известно, увеличивают частоту лазера. Однако увеличение частоты предполагает также повышение скорости перемещения пучка при помощи соответствующих площадок или сканеров. Известно также увеличение интервала между воздействиями лазера на разрезаемую ткань, но, как правило, в ущерб качеству разрезания.

Другое решение для сокращения времени разрезания состоит в генерировании нескольких газовых пузырьков одновременно. Одновременное генерирование “n” газовых пузырьков позволяет уменьшить общую продолжительность разрезания более чем в “n” раз (поскольку уменьшается также число перемещений в одну и другую сторону, которые должен осуществить пучок для обработки всей площади ткани).

Одновременное генерирование множества газовых пузырьков требует увеличения мощности фемтосекундного лазера, чтобы в каждой точке фокусировки мощность, выдаваемая фемтосекундным лазером, была достаточной для генерирования соответствующего газового пузырька.

Это увеличение мощности приводит к увеличению энергетического воздействия на сетчатку, которое может при этом превышать предельные энергетические воздействия, указанные в документе “ICNIRP Guidelines on limits of exposure to LASER radiation of wavelengths 180 nm AND 1,000 mm”, представленном в рамках “International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection”.

Настоящее изобретение призвано предложить устройство для лечения глазной патологии, включающее в себя фемтосекундный лазер большой мощности и позволяющее соблюдать требования, связанные с предельными энергетическими воздействиями, которые может выдерживать сетчатка.

Раскрытие изобретения

Для этого изобретением предложен аппарат для обработки ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, при этом указанный аппарат содержит устройство для формирования требуемых параметров лазерного пучка, генерируемого фемтосекундным лазером, при этом указанное устройство формирования расположено на выходе фемтосекундного лазера и содержит оптический сканер и оптическую систему фокусировки на выходе оптического сканера:

- при этом оптический сканер содержит по меньшей мере одно оптическое зеркало, поворачивающееся вокруг по меньшей мере одной оси, для отклонения лазерного пучка,

- указанная оптическая система фокусировки содержит концентрирующий модуль для фокусировки лазерного пучка в плоскости фокусировки,

отличающийся тем, что указанное по меньшей мере одно поворотное оптическое зеркало оптического сканера расположено между передней фокальной плоскостью F_Objet оптической системы фокусировки и системой фокусировки.

Аппарат имеет следующие предпочтительные, но не ограничительные признаки:

- указанное по меньшей мере одно поворотное оптическое зеркало оптического сканера расположено на оптическом пути лазерного пучка между:

- передней фокальной плоскостью F_Objet эквивалентной линзы, соответствующей оптической системе фокусировки и

- входным отверстием оптической системы фокусировки;

- входной зрачок концентрирующего модуля расположен в плоскости эквивалентной линзы, соответствующей оптической системе фокусировки;

- оптическая система фокусировки содержит оптическое устройство переноса на входе концентрирующего модуля;

- оптическое устройство переноса расположено вдоль оптического пути лазерного пучка для формирования изображения зоны вблизи указанного по меньшей мере одного поворотного оптического зеркала в плоскости эквивалентной линзы, соответствующей оптической системе фокусировки;

- устройство формирования дополнительно содержит систему придания формы пучку для фазовой модуляции фронта волны лазерного пучка таким образом, чтобы получить лазерный пучок, модулированный по фазе в соответствии с заданным значением модуляции, вычисленным для распределения энергии лазерного пучка по меньшей мере в две точки воздействия, образующие рисунок в плоскости фокусировки;

- устройство формирования дополнительно содержит блок управления фемтосекундным лазером, оптическим сканером и оптической системой фокусировки;

- концентрирующий модуль может поступательно перемещаться вдоль оптического пути лазерного пучка между первым и вторым крайними положениями, при этом концентрирующий модуль находится ближе к оптическому устройству переноса в первом крайнем положении, чем во втором крайнем положении;

- указанный аппарат разрезания может дополнительно содержать оптическое устройство предварительной компенсации, расположенное на входе оптической системы фокусировки таким образом, чтобы генерировать компенсирующую аберрацию на выходе оптической системы фокусировки, при этом указанная компенсирующая аберрация позволяет компенсировать аберрации, образующиеся на лазерном пучке, в частности, в результате прохождения через ткань человека или животного, при этом блок управления выполнен с возможностью управлять поступательным перемещением концентрирующего модуля в зависимости от расстояния, рассчитанного вычислительным устройством.

Краткое описание фигур

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид примера устройства лечения глазной патологии с использованием фемтосекундного лазера.

Фиг. 2 - схематичный вид кривой предельного облучения в зависимости от времени.

Фиг. 3 - схематичный вид монтажа, включающего в себя аппарат разрезания, соответствующий изобретению.

Фиг. 4-6 - схематичные виды оптического сканера и оптической системы фокусировки аппарата разрезания, соответствующего изобретению.

Подробное описание изобретения

Изобретение относится к аппарату для лечения глазной патологии. В частности, изобретение касается аппарата разрезания человеческой ткани при помощи фемтосекундного лазера. В дальнейшем тексте описания изобретение будет представлено в качестве примера для разрезания роговицы глаза человека или животного.

1. Определения

В рамках настоящего изобретения под «точкой воздействия» следует понимать зону лазерного пучка, которая заключена в фокальной плоскости и в которой интенсивность указанного лазерного пучка является достаточной для генерирования газового пузырька в ткани.

В рамках настоящего изобретения под «смежными точками воздействия» следует понимать две точки воздействия, расположенные друг против друга и не разделенные другой точкой воздействия. Под «соседними точками воздействия» следует понимать две точки в группе смежных точек, между которыми расстояние является минимальным.

В рамках настоящего изобретения под «рисунком» следует понимать множество точек воздействия лазера, генерируемых одновременно в плоскости фокусировки сформированного лазерного пучка, то есть лазерного пучка, модулированного по фазе для распределения его энергии на несколько отдельных пятен в плоскости фокусировки, соответствующей плоскости разрезания устройства.

2. Аппарат разрезания

На фиг. 3 представлен вариант выполнения заявленного аппарата разрезания. Его можно расположить между фемтосекундным лазером 10 и предназначенной для обработки мишенью 20.

Фемтосекундный лазер 10 выполнен с возможностью излучать лазерный пучок в виде импульсов. Например, лазер 10 излучает свет с длиной волны 1030 нм в виде импульсов по 400 фемтосекунд. Лазер 10 имеет мощность 20 Вт и частоту 500 кГц.

Мишенью 20 является, например, разрезаемая ткань человека или животного, такая как роговица или хрусталик.

Аппарат разрезания содержит устройство для формирования требуемых параметров пучка (далее – устройство формирования), включающее в себя:

- оптический сканер 30 на выходе лазера 10,

- оптическую систему 40 фокусировки на выходе оптического сканера 30.

Устройство формирования включает в себя также блок 60 управления, позволяющий управлять оптическим сканером 30 и оптической системой 40 фокусировки.

Оптический сканер 30 позволяет ориентировать выходящий из лазера 10 пучок, чтобы перемещать его вдоль пути перемещения, заранее определенного пользователем, в плоскости 21 фокусировки.

Оптическая система 40 фокусировки позволяет фокусировать пучок в плоскости 21 фокусировки, соответствующей плоскости разрезания. В качестве примера на фиг. 5 показана эквивалентная линза 45, соответствующая оптической системе 40 фокусировки в целом, при этом специалисту в данной области понятно, что оптическая система фокусировки состоит не только из неподвижной линзы.

Устройство формирования может включать в себя также систему 50 придания формы между фемтосекундным лазером 10 и оптическим сканером 30. Эта система 50 придания формы расположена на траектории пучка, выходящего из фемтосекундного лазера 10. Система 50 придания формы позволяет модулировать фазу пучка, выходящего из фемтосекундного лазера 10, с целью распределения энергии пучка на множество точек воздействия в его фокальной плоскости, причем это множество точек воздействия образует рисунок.

Таким образом, система 50 придания формы позволяет генерировать одновременно несколько образующих рисунок точек воздействия, оптический сканер 30 позволяет перемещать рисунок в плоскости 21 фокусировки, и оптическая система 40 фокусировки позволяет фокусировать пучок в плоскости 21 фокусировки.

Далее со ссылками на фигуры следует описание различных составных элементов устройства для формирования требуемых параметров пучка.

3. Элементы устройства формирования

3.1. Оптический сканер

Оптический сканер 30 позволяет отклонять пучок (возможно модулированный по фазе) таким образом, чтобы перемещать его во множество положений в плоскости 21 фокусировки, которая соответствует плоскости разрезания.

Оптический сканер 30 содержит:

- входное отверстие 31 для приема пучка (возможно, модулированного по фазе блоком 50 придания формы),

- одно (или несколько) оптическое(их) зеркало(зеркал), поворачивающегося(ихся) вокруг одной оси (или нескольких осей), для отклонения лазерного пучка, и

- выходное отверстие 33 для направления лазерного пучка в оптическую систему 40 фокусировки.

Используемый оптический сканер 30 представляет собой, например, сканирующую головку IntelliScan III компании SCANLAB AG. Зеркало (или зеркала) 32 оптического сканера соединено(ы) с приводом (или приводами) для обеспечения их поворота. Этим приводом(ами) для поворота зеркала (или зеркал) 32 предпочтительно управляет блок 60 управления, который более подробно будет описан ниже.

Предпочтительно, как показано на фиг. 5, поворотное(ые) оптическое(ие) зеркало(а) 32 оптического сканера 30 расположено(ы) между передней фокальной плоскостью F_Objet оптической системы 40 фокусировки и оптической системой 40 фокусировки. Это позволяет увеличить угол сканирования на выходе системы 40 фокусировки таким образом, чтобы энергия, излучаемая фемтосекундным лазером, распространялась по большей площади сетчатки.

Это позволяет увеличить мощность фемтосекундного лазера 10 и одновременно сохранить облучение сетчатки в интервале значений, меньшем интервала предельных значений облучения, рекомендованных в документе “ICNIRP Guidelines on limits of exposure to LASER radiation of wavelengths 180 nm AND 1,000 mm”, представленном в рамках “International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection”.

Блок 60 управления запрограммирован для управления оптическим сканером 30 таким образом, чтобы перемещать рисунок вдоль пути перемещения, содержащемся в плоскости фокусировки.

3.2. Оптическая система фокусировки

Оптическая система 40 фокусировки позволяет фокусировать пучок в плоскости 21 разрезания.

Оптическая система 40 фокусировки может содержать:

- входное отверстие 41 для приема отклоненного пучка, выходящего из оптического сканера 30,

- концентрирующий модуль 46 для фокусировки лазерного пучка в плоскости 21 фокусировки, и

- выходное отверстие 43 для направления сфокусированного пучка в сторону обрабатываемой ткани.

Оптическая система фокусировки может также содержать модуль позиционирования по глубине для перемещения плоскости фокусировки.

Например, как показано на фиг. 6, концентрирующий модуль 46 содержит несколько линз 42 (собирающих и/или рассеивающих), и модуль позиционирования по глубине содержит один (или несколько) не показанный(ых) привод(ов), связанный(ых) с одной (или несколькими) линзой(ами) концентрирующего модуля 46, для ее(их) поступательного перемещения вдоль оптического пути пучка с целью изменения глубины плоскости фокусировки.

В варианте оптическая система фокусировки может не иметь модуля позиционирования по глубине. Изменение положения плоскости фокусировки можно производить, меняя расхождение пучка на входе оптической системы фокусировки или перемещая по глубине аппарат разрезания (или устройство формирования) перед предназначенной для обработки тканью.

Концентрирующий модуль 46 оптически образован:

- апертурной диафрагмой (то есть элементом концентрирующего модуля 46, максимально ограничивающим прохождение пучка: речь может идти о механической диафрагме или об ограничителях одной из линз концентрирующего модуля 46),

- входным зрачком (то есть изображением апертурной диафрагмы через часть концентрирующего модуля 46, находящуюся на входе апертурной диафрагмы вдоль оптического пути пучка),

- выходным зрачком (то есть изображением апертурной диафрагмы через часть концентрирующего модуля 46, находящуюся на выходе апертурной диафрагмы вдоль оптического пути пучка).

Входной зрачок концентрирующего модуля 46 может быть расположен в плоскости эквивалентной линзы 45, соответствующей оптический системе 40 фокусировки. Это позволяет, с одной стороны, распространить остающуюся энергию по большей площади сетчатки и, с другой стороны, облегчает оптимизацию заявленного устройства разрезания.

Оптическая система 40 фокусировки может также содержать оптическое устройство 44 переноса (“relay lens” на английском языке – объектив переноса), образующее устройство переноса входного зрачка. Оптическое устройство 44 переноса позволяет отображать зону вблизи оптического(их) зеркала(зеркал) 32 оптического сканера 30 на входном зрачке концентрирующего модуля 46. Эта зона может соответствовать середине оптического(их) зеркала(зеркал) 32 (то есть конструктивному центру оптического(их) зеркала(зеркал) 32).

Оптическое устройство 44 переноса состоит из нескольких линз (например, выпуклых линз). Такое оптическое устройство 44 переноса известно специалисту в данной области, и его подробное описание опускается.

Блок 60 управления запрограммирован для управления перемещением линзы (или линз) оптической системы 40 фокусировки вдоль оптического пути пучка таким образом, чтобы перемещать его в плоскости 21 фокусировки по меньшей мере в трех соответствующих плоскостях разрезания для получения набора плоскостей разрезания ткани 20. Это позволяет осуществлять разрезание в объеме, например, в рамках рефракционной хирургии.

Предпочтительно концентрирующий модуль 46 может быть выполнен с возможностью поступательно перемещаться вдоль оптического пути лазерного пучка между первым и вторым крайними положениями, при этом концентрирующий модуль 46 находится ближе к оптическому устройству 44 переноса в первом крайнем положении, чем во втором крайнем положении. Это позволяет регулировать глубину плоскости фокусировки, соответствующей плоскости разрезания.

Устройство разрезания может дополнительно содержать оптическую систему предварительной компенсации, включающую в себя, например, линзы, некоторые из которых являются подвижными, и расположенную на входе оптической системы фокусировки. Эта оптическая система предварительной компенсации позволяет создавать компенсирующую аберрацию на выходе оптической системы 40 фокусировки.

Действительно, когда выходящий из устройства разрезания лазерный пучок проходит через:

- устройство сопряжения (например, такое как описанное в документе), расположенное между устройством разрезания и глазом пациента, и

- ткани (роговицу и хрусталик) глаза пациента,

лазерный пучок подвергается деформациям, приводящим к появлению аберраций.

Применение оптической системы предварительной компенсации позволяет корректировать эти аберрации, которые претерпевает лазерный пучок. Компоновка оптической системы предварительной компенсации и, в частности, положения подвижных линз оптической системы предварительной компенсации, может быть определена вычислительным устройством в зависимости от требуемой компенсирующей аберрации с использованием любого метода, известного специалисту в данной области.

3.3. Система придания формы

Система 50 пространственного придания формы пучку позволяет изменять фронт волны пучка для получения точек воздействия, отделенных друг от друга в фокальной плоскости.

В частности, системы 50 придания формы позволяет модулировать фазу пучка, выходящего из фемтосекундного лазера 10, чтобы получать пики интенсивности в фокальной плоскости пучка, при этом каждый пик интенсивности производит соответствующую точку воздействия в фокальной плоскости, соответствующей плоскости разрезания. Согласно представленному варианту выполнения, система 50 придания формы является жидкокристаллическим пространственным модулятором света, известным под аббревиатурой SLM от английского выражения “Spatial Light Modulator”.

Модулятор SLM позволяет модулировать конечное распределение энергии пучка, в частности, в фокальной плоскости 21, соответствующей плоскости разрезания. В частности, модулятор SLM выполнен с возможностью изменять пространственный профиль фронта волны первичного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера 10, чтобы распределить энергию лазерного пучка на разные пятна фокусировки в плоскости фокусировки.

Фазовую модуляцию фронта волны можно рассматривать как явление интерференции в двух измерениях. Каждый участок первичного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера 10, задерживают или ускоряют относительно первоначального фронта волны, чтобы перенаправить каждый из этих участков с целью получения конструктивной интерференции в N разных точках в фокальной плоскости линзы. Это перераспределение энергии на множество точек воздействия происходит только в одной плоскости (то есть в плоскости фокусировки), а не вдоль всего пути распространения модулированного пучка. Таким образом, наблюдение модулированного пучка до или после плоскости фокусировки не позволяет идентифицировать перераспределение энергии на множество разных точек воздействия, поскольку это явление можно уподобить конструктивной интерференции (которая проявляется только в одной плоскости, а не вдоль всего пути распространения, как в случае разделения первичного пучка на множество вторичных пучков).

Модулятор SLM является устройством, содержащим слой жидких кристаллов с регулируемой ориентацией, позволяющий динамично профилировать фронт волны и, следовательно, фазу пучка. Слой жидких кристаллов модулятора SLM упорядочен в виде сетки (или матрицы) пикселей. Оптическую толщину каждого пикселя регулируют электрически посредством ориентирования молекул жидкого кристалла, принадлежащих к поверхности, соответствующей пикселю. Модулятор SLM использует принцип анизотропии жидких кристаллов, то есть изменение показателя (показателя преломления) жидких кристаллов в зависимости от их пространственной ориентации. Ориентирование жидких кристаллов можно осуществлять при помощи электрического поля. Таким образом, изменение показателя жидких кристаллов приводит к изменению фронта волны лазерного пучка.

Как известно, в модуляторе SLM применяют фазовую маску, то есть карту, определяющую, каким образом необходимо изменить фазу пучка, чтобы получить заданное распределение амплитуды в его плоскости фокусировки. Фазовая маска представляет собой двухмерное изображение, каждая точка которого связана с соответствующим пикселем модулятора SLM. Эта фазовая маска позволяет управлять показателем каждого жидкого кристалла модулятора SLM, преобразуя соответствующее значение в каждой точке маски, представленное уровнями серого, заключенными между 0 и 255 (то есть от черного до белого), в значение управления в виде фазы от 0 до 2π. Таким образом, фазовая маска является заданным значением модуляции, выведенным на модулятор SLM, чтобы вызвать при отражении пространственно неоднородный сдвиг фазы первичного пучка, освещающего модулятор SLM. Разумеется, специалисту в данной области понятно, что диапазон уровня серого может меняться в зависимости от используемой модели модулятора SLM. Например, в некоторых случаях диапазон уровня серого может быть заключен между 0 и 220. Как правило, фазовую маску рассчитывают при помощи итеративного алгоритма, основанного на преобразовании Фурье, или на различных алгоритмах оптимизации, таких как генетические алгоритмы или алгоритм имитации отжига. Для модулятора SLM можно применять разные фазовые маски в зависимости от количества и положения необходимых точек воздействия в фокальной плоскости пучка. Во всех случаях специалист в данной области может вычислить значение в каждой точке фазовой маски для распределения энергии пучка на разные пятна фокусировки в фокальной плоскости.

Таким образом, на основании гауссова лазерного пучка, генерирующего единственную точку воздействия, и при помощи фазовой маски модулятор SLM позволяет распределить его энергию посредством фазовой модуляции таким образом, чтобы одновременно генерировать несколько точек воздействия в его плоскости фокусировки на основании единственного лазерного пучка, формируемого посредством фазовой модуляции (только один пучок на входе и на выходе модулятора SLM).

В дополнение к сокращению времени разрезания роговицы метод модуляции фазы лазерного пучка позволяет получить другие улучшения, такие как более высокое качество поверхности после разрезания или сокращение эндотелиальной смертности. Различные точки воздействия рисунка могут, например, равномерно отстоять друг от друга в двух измерениях фокальной плоскости лазерного пучка, образуя сетку лазерных пятен.

Применение релейной зрачковой системы приводит к образованию промежуточного фокуса на пути пучка. В случае фемтосекундных лазерных импульсов это может привести к такой интенсивности в промежуточном фокусе, при которой в фокальной точке проявляются нелинейные эффекты типа эффекта Керра или типа пробоя и генерирования плазмы. В результате происходит снижение оптического качества пучка. По этой причине следует выбирать оптическую конфигурацию, в которой размер пучка в промежуточном фокусе позволяет поддерживать достаточно низкую интенсивность, чтобы избежать этих эффектов.

В этом смысле использование устройства придания формы пучку позволяет распределить энергию на “n” точек в плоскости фокусировки. Таким образом, интенсивность оказывается уменьшенной в “n” раз по сравнению с пучком, которому не была придана форма. Следовательно, придание формы пучку позволяет направить больше энергии в один и тот же пучок без генерирования нелинейных эффектов.

3.4. Блок управления

Как было указано выше, блок 60 управления позволяет контролировать различные элементы, входящие в состав аппарата разрезания, такие как фемтосекундный лазер 10, оптический сканер 30 и оптическая система 40 фокусировки, а также систему 50 придания формы.

Блок 60 управления соединен с этими различными элементами через шину (или несколько шин) связи, обеспечивающую:

- передачу командных сигналов, таких как

- фазовая маска в систему придания формы,

- сигнал активации в фемтосекундный лазер,

- скорость сканирования в оптический сканер 30,

- положение оптического сканера 30 вдоль пути перемещения,

- глубина разрезания в оптическую систему фокусировки.

- получение данных измерения от различных элементов системы, таких как

- скорость сканирования, достигнутая оптическим сканером 30, или

- положение оптической системы фокусировки и т.д.

Блок 60 управления может состоять из одного (или нескольких) рабочего(их) поста(ов) и/или из одного (или нескольких) компьютера(ов), или может быть любым блоком, известным специалисту в данной области. Например, блок 60 управления может содержать мобильный телефон, электронный планшет (такой как IPAD®), персональный цифровой помощник (или “PDA” - сокращение от английского выражения “Personal Digital Assistant”). Во всех случаях блок 60 управления содержит процессор, запрограммированный для обеспечения управления фемтосекундным лазером 10, оптическим сканером 30, оптической системой 40 фокусировки, системой 50 придания формы и т.д.

4. Теория, связанная с изобретением, и преимущества по сравнению с известными устройствами

Описанный выше аппарат разрезания позволяет лечить катаракту посредством фокусировки лазерного пучка в разных зонах хрусталика таким образом, чтобы рассекать его на фрагменты достаточно малого размера с целью их отсасывания при помощи отсасывающего зонда-ирригатора.

Фокусировку пучка, выходящего из фемтосекундного лазера, производят при помощи устройства обработки пучка, находящегося между фемтосекундным лазером и глазом пациента.

Выходящий из фемтосекундного лазера пучок состоит из последовательности временных импульсов. От одного импульса к другому фокальная точка перемещается в хрусталике таким образом, чтобы генерировать последовательность облучений. Перемещение фокальной точки осуществляют посредством отклонения пучка при помощи оптической системы отклонения.

При каждом импульсе часть энергии импульса расходуется для испарения ткани. Остальная часть энергии поглощается сетчаткой, что приводит к ее локальному нагреву.

Для разрезания хрусталика требуется большое количество импульсов. Общая энергия, поглощаемая сетчаткой, и последующий нагрев представляют собой предел для технологии обработки при помощи фемтосекундного лазера.

На фиг. 1 показано известное устройство обработки пучка. Это устройство обработки содержит оптический сканер 1 и фокусирующий узел 2. Зеркала оптического сканера расположены с двух сторон и на равном удалении от первого положения, соответствующего входному зрачку фокусирующего узла 2.

Для зеркала в положении 0 радиус 9b является параллельным относительно оптической оси фокусирующего узла 2. Он сфокусирован при помощи фокусирующего узла 2 в фокальной плоскости 3 изображения, находящейся в хрусталике. Часть энергии сфокусированного пучка производит разрушение в точке 3b. Остальная энергия продолжает распространяться вдоль оптической оси и встречает сетчатку вокруг точки 4b. Размер пучка при этом увеличивается за счет расхождения пучка в результате фокусировки.

Для зеркала в максимальном угловом положении радиус отклоняется от оптической оси вдоль пути 9а. Он фокусируется фокусирующим узлом 2 в точке 3а хрусталика на расстоянии h от центра. Остальная часть энергии встречает сетчатку вокруг точки 4а, находящейся на расстоянии h’ от центра сетчатки.

Точно так же, для зеркала в минимальном угловом положении радиус отклоняется от оптической оси вдоль пути 9с. Он фокусируется фокусирующим узлом 2 в точке 3с хрусталика. Остальная часть энергии встречает сетчатку вокруг точки 4с.

В устройствах обработки пучка, используемых в настоящее время для хирургии катаракты, угол, занимаемый радиусами на выходе устройства обработки, является таким, что пучок стремится приблизиться к оптической оси по мере распространения. Это связано с положением зеркал сканера, которые находятся перед объектным фокусом фокусирующего узла 2. Таким образом, расстояние h’ меньше расстояния h: следовательно, площадь, на которой распределяется энергия на сетчатке, меньше площади, сканируемой хрусталиком. Общая энергия, которую можно направить в хрусталик, ограничена этой небольшой площадью распространения.

В рамках настоящего изобретения зеркала оптического сканера 32 расположены на оптическом пути после объектной фокальной точки F_Objet оптической системы 40 фокусировки. В этой конфигурации пучок отходит от оптической оси на выходе оптической системы 40 фокусировки. При этом получают большее рассредоточение 23 энергии на сетчатке 22, что приводит к меньшему повышению температуры. Это позволяет расширить пределы совокупной общей энергии, используемой при хирургии.

Этот эффект рассредоточения проявляется тем больше, чем дальше положение сканера от объектного фокуса F_Objet. Входной зрачок оптической системы 40 фокусировки может, например, располагаться в плоскости эквивалентной линзы 45, соответствующей оптической системе 40 фокусировки.

Такую конфигурацию можно, например, получить, используя оптическое устройство переноса, располагаемое таким образом, чтобы отобразить середину зеркал сканера в плоскости эквивалентной линзы 45, соответствующей оптической системе 40 фокусировки.

5. Выводы

Таким образом, изобретение позволяет получить эффективный инструмент разрезания.

Расположение поворотного(ых) оптического(их) зеркала(зеркал) оптического сканера 30 между объектной фокальной плоскостью F_Objet оптической системы 40 фокусировки и системой 40 фокусировки обеспечивает большее рассредоточение энергии на сетчатке и, следовательно, меньшее повышение температуры.

Это позволяет увеличить мощность фемтосекундного лазера 10, не превышая предельные энергетические облучения, которые могли бы повредить сетчатку.

Изобретение было описано для операций разрезания роговицы в области офтальмологической хирургии, но, разумеется, не выходя за рамки изобретения, его можно применять для другого типа операции в офтальмологической хирургии. Например, изобретение находит свое применение в рефракционной хирургии роговицы при лечении потери аккомодации, в частности, для лечения пресбиопии. Изобретение находит свое применение также при лечении катаракты с надрезом роговицы, разрезанием передней капсулы хрусталика и фрагментацией хрусталика. Наконец, в более общем плане изобретение касается всех видов клинического или экспериментального вмешательства на роговице или хрусталике глаза человека или животного. В еще более общем плане изобретение относится к общей области лазерной хирургии и находит свое предпочтительное применение, когда речь идет об испарении мягких человеческих или животных тканей с повышенным содержанием воды.

Читателю понятно, что в описанное выше изобретение можно вносить многие изменения, не выходя материально за рамки описанных в данном случае новых сведений и преимуществ.

Следовательно, все изменения этого типа предназначены для включения в объем прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к медицине. Аппарат для обработки ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, содержит устройство формирования требуемых параметров лазерного пучка, генерируемого фемтосекундным лазером. Устройство формирования расположено на выходе фемтосекундного лазера и содержит оптический сканер и оптическую систему фокусировки на выходе оптического сканера. Оптический сканер содержит: по меньшей мере одно оптическое зеркало, поворачивающееся вокруг по меньшей мере одной оси, для отклонения лазерного пучка. Оптическая система фокусировки содержит: концентрирующий модуль для фокусировки лазерного пучка в плоскости фокусировки. Поворотное оптическое зеркало оптического сканера расположено на оптическом пути лазерного пучка между: передней фокальной плоскостью F_Objet эквивалентной линзы, соответствующей оптической системе фокусировки, и входным отверстием оптической системы фокусировки. Применение данного изобретения обеспечит большее рассредоточение энергии на сетчатке и, следовательно, меньшее повышение температуры. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Аппарат для обработки ткани человека или животного, такой как роговица или хрусталик, содержащий устройство формирования требуемых параметров лазерного пучка, генерируемого фемтосекундным лазером (10), причем указанное устройство формирования расположено на выходе фемтосекундного лазера и содержит оптический сканер (30) и оптическую систему (40) фокусировки на выходе оптического сканера (30);

при этом оптический сканер (30) содержит:

по меньшей мере одно оптическое зеркало (32), поворачивающееся вокруг по меньшей мере одной оси, для отклонения лазерного пучка;

оптическая система (40) фокусировки содержит:

концентрирующий модуль (46) для фокусировки лазерного пучка в плоскости (21) фокусировки,

отличающийся тем, что указанное по меньшей мере одно поворотное оптическое зеркало (32) оптического сканера (30) расположено на оптическом пути лазерного пучка между:

- передней фокальной плоскостью F_Objet эквивалентной линзы (45), соответствующей оптической системе (40) фокусировки, и

- входным отверстием (41) оптической системы (40) фокусировки.

2. Аппарат для обработки по п. 1, в котором входной зрачок концентрирующего модуля (46) расположен в плоскости эквивалентной линзы (45), соответствующей оптической системе (40) фокусировки.

3. Аппарат для обработки по п. 1 или 2, в котором оптическая система (40) фокусировки содержит оптическое устройство (44) переноса входного зрачка на входе концентрирующего модуля (46).

4. Аппарат для обработки по предыдущему пункту, в котором оптическое устройство (44) переноса входного зрачка расположено вдоль оптического пути лазерного пучка таким образом, чтобы формировать изображение зоны указанного по меньшей мере одного поворотного зеркала (32) в плоскости эквивалентной линзы (45), соответствующей оптической системе (40) фокусировки.

5. Аппарат для обработки по любому из пп. 1-4, в котором указанное устройство формирования дополнительно содержит систему (50) придания формы пучку для фазовой модуляции фронта волны лазерного пучка таким образом, чтобы получить лазерный пучок, модулированный по фазе в соответствии с заданным значением модуляции, рассчитанным для распределения энергии лазерного пучка по меньшей мере в две точки воздействия, образующие рисунок в плоскости (21) фокусировки.

6. Аппарат для обработки по любому из пп. 1-5, в котором указанное устройство формирования дополнительно содержит блок (60) управления фемтосекундным лазером (10), оптическим сканером (30) и оптической системой (40) фокусировки.

7. Аппарат для обработки по п. 3, в котором концентрирующий модуль (46) выполнен с возможностью поступательно перемещаться вдоль оптического пути лазерного пучка между первым и вторым крайними положениями, при этом концентрирующий модуль (46) находится ближе к оптическому устройству (44) переноса входного зрачка в первом крайнем положении, чем во втором крайнем положении.

8. Аппарат для обработки по п. 7, который дополнительно содержит оптическое устройство предварительной компенсации, расположенное на входе оптической системы фокусировки таким образом, чтобы создавать компенсирующую аберрацию на выходе оптической системы фокусировки, при этом указанная компенсирующая аберрация позволяет компенсировать аберрации, образующиеся в лазерном пучке, в частности, в результате прохождения через ткань человека или животного.